(57)【要約】  位相差方式のＡＦを行う固体撮像装置において、各撮影専用画素のＰＤに略均一な光量の光を入射させる。  固体撮像装置であるＣＣＤイメージセンサは、所定のパターンで配列された第１画素１１ａ〜第４画素１１ｄの４種類の画素を有している。各画素１１ａ〜１１ｄは、ＰＤ２０ａ〜２０ｄと、マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄとを有する。第１画素１１ａ及び第画素１１ｄは、撮影専用画素である。第４画素１１ｄは、位相差検出用画素である第２画素１１ｂと第３画素１１ｃとに隣接して配置されており、そのマイクロレンズ２１ｄは、第１画素１１ａのマイクロレンズ２１ａよりも小さく形成されている。これにより、マイクロレンズ２１ｂ、２１ｃとの間に生じる隙間から入射する光の分だけマイクロレンズ２１ｄからＰＤ２０ｄに入射する光の光量が低くなり、ＰＤ２０ａ、２０ｄに略均一な光量の光が入射される。
2011061998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子の受光面の中心に対して光軸を所定の方向にずらして配置されたマイクロレンズを有する複数の位相差検出画素と、
光電変換素子の受光面の中心と光軸とが略一致するように配置された、前記位相差検出画素のマイクロレンズより大きなマイクロレンズを有し、前記位相差検出画素の周囲に配列されたマイクロレンズが他のマイクロレンズより小さく形成された複数の撮影専用画素と、
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記複数の撮影専用画素は、３種以上の大きさのマイクロレンズを有し、前記位相差検出画素に近付くに連れてマイクロレンズの大きさが段階的に小さくなっていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記位相差検出画素のマイクロレンズは、隣接する前記撮影専用画素の空き領域に一部が侵入していることを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
光電変換素子の受光面の中心に対して光軸を所定の方向にずらして配置されたマイクロレンズを有する複数の位相差検出画素と、
光電変換素子の受光面の中心と光軸とが略一致するように配置された、前記位相差検出画素のマイクロレンズより大きなマイクロレンズを有し、前記位相差検出画素の周囲に配列されたマイクロレンズの光電変換素子からの高さが、前記位相差検出画素のマイクロレンズの高さより低くされた複数の撮影専用画素と、
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
前記各マイクロレンズが形成されるレンズ形成面には、前記位相差検出画素の周囲に配列された前記撮影専用画素に対応する箇所に凹部が形成され、この凹部の内底面にマイクロレンズを形成することにより、前記位相差検出画素の周囲に配列された前記撮影専用画素のマイクロレンズの高さが、前記位相差検出画素のマイクロレンズより低くされていることを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記レンズ形成面に深さの異なる複数の凹部を形成することにより、前記撮影専用画素のマイクロレンズの高さが、前記位相差検出画素に近付くに連れて段階的に低くされていることを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記位相差検出画素のマイクロレンズは、隣接する前記撮影専用画素のマイクロレンズの高さを低くすることによって生じた空間に一部が侵入していることを特徴とする請求項５又は６記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記各マイクロレンズが形成されるレンズ形成面には、前記位相差検出画素に対応する箇所に凸部が形成され、この凸部の上にマイクロレンズを形成することにより、前記位相差検出画素のマイクロレンズの高さが、前記撮影専用画素のマイクロレンズよりも高くされていることを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項９】
光電変換素子の受光面の中心と光軸とが略一致するように配置されたマイクロレンズを有する複数の撮影専用画素と、
光電変換素子の受光面の中心に対して光軸を所定の方向にずらして配置された、前記撮影専用画素のマイクロレンズより小さなマイクロレンズを有し、該マイクロレンズの形状が、隣接する前記撮影専用画素との境界部分に向かって裾部が伸びた非球状である複数の位相差検出画素と、
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１０】
光電変換素子の受光面の中心に対して光軸を所定の方向にずらして配置されたマイクロレンズを有する複数の位相差検出画素と、
光電変換素子の受光面の中心と光軸とが略一致するように配置された、前記位相差検出画素のマイクロレンズより大きなマイクロレンズを有し、前記位相差検出画素の周囲に配列された光電変換素子の半導体基板上における高さが、前記位相差検出画素の光電変換素子の高さより低くされた複数の撮影専用画素と、
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１１】
半導体基板の表面には、前記位相差検出画素の周囲に配列された前記撮影専用画素に対応する箇所に凹部が形成され、この凹部の内底面に光電変換素子を形成することにより、前記位相差検出画素の周囲に配列された前記撮影専用画素の光電変換素子の高さが、前記位相差検出画素の光電変換素子の高さより低くされていることを特徴とする請求項１０記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
半導体基板の表面には、前記位相差検出画素に対応する箇所に凸部が形成され、この凸部の上に光電変換素子を形成することにより、前記位相差検出画素の光電変換素子の高さが、前記撮影専用画素の光電変換素子の高さより高くされていることを特徴とする請求項１０記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記凸部は、前記位相差検出画素のマイクロレンズの方向を向くように形成された傾斜面を有し、
この傾斜面に前記位相差検出画素の光電変換素子が形成されていることを特徴とする請求項１２記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記撮影専用画素と前記位相差検出画素とは、マイクロレンズの下にインナーレンズを有しており、
前記各インナーレンズは、光電変換素子に焦点が合うように、光電変換素子との距離に応じて形状が変えられていることを特徴とする請求項１０から１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
光電変換素子の受光面の中心に対して光軸を所定の方向にずらして配置されたマイクロレンズを有する複数の位相差検出画素と、
光電変換素子の受光面の中心と光軸とが略一致するように配置された、前記位相差検出画素のマイクロレンズより大きなマイクロレンズを有し、前記位相差検出画素の周囲に配列された光電変換素子が、前記位相差検出画素と反対の方向に受光面が向くように傾けて形成された複数の撮影専用画素と、
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の撮影専用画素と複数の位相差検出画素とを備え、位相差検出画素から得られる画像に基づいて位相差方式のオートフォーカスを行う固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像装置を備え、デジタルの画像を生成するデジタルカメラが普及している。デジタルカメラの多くは、撮影レンズの焦点を自動的に調節するオートフォーカス（ＡＦ）機能を備えており、ＡＦ機能として、コントラスト検出方式が広く採用されている。コントラスト検出方式は、被写体までの距離を測定する専用のセンサやＡＦ用の固体撮像装置などを別途設ける必要がないため、比較的安価にＡＦ機能を実現することができるといった利点がある。【０００３】
しかし、コントラスト検出方式は、フォーカスレンズを移動させて複数のコントラスト評価値を取得しなければならないことから、他の方式に比べて合焦までに時間が掛かるという問題がある。この問題に対して、特許文献１では、固体撮像装置の撮像面上に凸部及び凸部を形成し、この凸部及び凹部にＡＦ用光電変換素子を設けている。この構成では、凸部及び凹部に設けた各ＡＦ用光電素子のコントラスト評価値を比較することにより、焦点が前側か後側のいずれにあるのかを１度の撮影で判定することができるため、フォーカスレンズの移動範囲（サーチ範囲）が狭まり、ＡＦ処理が高速化する。【０００４】
しかしながら、特許文献１の構成では、フォーカスレンズの移動範囲を狭めることができるが、狭めた範囲内においてはフォーカスレンズを移動させなければならないため、ＡＦ処理の高速化には限界がある。デジタルカメラでは、機能の充実化、及び低価格が進められており、コストアップを招くことなく、より高速にＡＦ処理を行えるようにすることが望まれている。【０００５】
こうした要望に応えるため、１度の撮影で焦点検出可能とする位相差ＡＦ用固体撮像装置が特許文献２などで提案されている。位相差ＡＦ用固体撮像装置は、フォトダイオード（ＰＤ）の受光面の中心位置に対し、光軸をずらしてマイクロレンズを配置した複数の第１画素と、ＰＤの受光面の中心位置に対し、第１画素とは反対の方向に光軸を同じ量だけずらしてマイクロレンズを配置した複数の第２画素とを備える。【０００６】
位相差ＡＦ用固体撮像装置では、マイクロレンズのずれ方向に応じて、第１画素と第２画素とが、それぞれ入射する光の角度に選択性を持つ。位相差ＡＦ用固体撮像装置をデジタルカメラなどの撮像装置に適用した場合、各第１画素によって構成される画像と各第２画素によって構成される画像とには、デジタルカメラの撮影レンズの合焦状態に応じてずれ（位相差）が生じる。各画像のずれ方向及びずれ量は、撮影レンズの焦点のずれ方向及びずれ量に対応している。各画像は、撮影レンズが合焦しているときに一致し、焦点がすれるほど、そのずれ量も大きくなる。従って、位相差ＡＦ用固体撮像装置では、各第１画素によって構成される画像と、各第２画素によって構成される画像とのずれ量、及びそのずれの方向を検知することで、撮影レンズのフォーカス調整量を求めることができる。【０００７】
このように、位相差ＡＦ用固体撮像装置を用いた場合には、フォーカスレンズを移動させる必要がないので、コントラスト検出方式のＡＦよりも高速なＡＦを行うことができる。また、コントラスト検出方式と同様に、専用のセンサやＡＦ用の固体撮像装置などを設ける必要がないので、コストアップを招くこともない。【０００８】
第１画素及び第２画素では、マイクロレンズをＰＤの受光面の中心位置に対して光軸をずらす必要があるため、マイクロレンズを小さくしなければならず、マイクロレンズを小さくした分だけ通常の画素よりも撮影時の受光感度が低下する。このため、位相差ＡＦ用固体撮像装置では、第１画素と第２画素とからなる位相差検出画素に加えて、通常の画素からなる撮影専用画素を設け、位相差検出画素で位相差ＡＦを行い、撮影専用画素で被写体の撮影を行うことが行なわれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３６１６１１号公報
【特許文献２】特許第２９５９１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、位相差検出画素と撮影専用画素とを配列して撮像面を構成すると、撮影専用画素は、位相差検出画素に隣接する箇所で受光量が高くなるという問題がある。位相差検出画素のマイクロレンズが小さいため、位相差検出画素と撮影専用画素とが隣接する箇所では、撮影専用画素同士が隣接している箇所に比べてマイクロレンズ間に生じる隙間が大きい。位相差検出画素に隣接する撮影専用画素の受光量の増加は、この隙間から入射した光を撮影専用画素のＰＤが受光することに起因している。【００１１】
上記のような撮影専用画素の受光量の増加は、撮影画像にノイズとして表れる。このノイズを抑えるためには、撮影画像を形成する際に、位相差検出画素に隣接する撮影専用画素の受光量の増加分を補正することが考えられる。しかし、補正処理を行うと、その分だけ画像形成に余計に時間が掛かってしまう。このため、各撮影専用画素のＰＤに均一な光量の光が入射するよう位相差ＡＦ用固体撮像装置を構成することが望まれている。【００１２】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、位相差検出画素と撮影専用画素とを配列して撮像面が構成され、各撮影専用画素のＰＤに略均一な光量の光を入射させることを可能とする位相差ＡＦ用固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明は、光電変換素子の受光面の中心に対して光軸を所定の方向にずらして配置されたマイクロレンズを有する複数の位相差検出画素と、光電変換素子の受光面の中心と光軸とが略一致するように配置された、前記位相差検出画素のマイクロレンズより大きなマイクロレンズを有し、前記位相差検出画素の周囲に配列されたマイクロレンズが他のマイクロレンズより小さく形成された複数の撮影専用画素と、を備えたことを特徴とする。【００１４】
前記複数の撮影専用画素は、３種以上の大きさのマイクロレンズを有し、前記位相差検出画素に近付くに連れてマイクロレンズの大きさが段階的に小さくなっていることがより好適である。【００１５】
隣接する前記撮影専用画素のマイクロレンズを小さくすることによって生じる空き領域に一部を入り込ませることによって、前記位相差検出画素のマイクロレンズを極力大きく形成することが好ましい。【００１６】
また、本発明は、光電変換素子の受光面の中心に対して光軸を所定の方向にずらして配置されたマイクロレンズを有する複数の位相差検出画素と、光電変換素子の受光面の中心と光軸とが略一致するように配置された、前記位相差検出画素のマイクロレンズより大きなマイクロレンズを有し、前記位相差検出画素の周囲に配列されたマイクロレンズの光電変換素子からの高さが、前記位相差検出画素のマイクロレンズの高さより低くされた複数の撮影専用画素と、を備えた構成でもよい。【００１７】
前記各マイクロレンズが形成されるレンズ形成面には、前記位相差検出画素の周囲に配列された前記撮影専用画素に対応する箇所に凹部が形成され、この凹部の内底面にマイクロレンズを形成することにより、前記位相差検出画素の周囲に配列された前記撮影専用画素のマイクロレンズの高さが、前記位相差検出画素のマイクロレンズより低くされていることが好ましい。【００１８】
前記レンズ形成面に深さの異なる複数の凹部を形成することにより、前記撮影専用画素のマイクロレンズの高さが、前記位相差検出画素に近付くに連れて段階的に低くされていることがより好適である。【００１９】
前記位相差検出画素のマイクロレンズは、隣接する前記撮影専用画素のマイクロレンズの高さを低くすることによって生じた空間に一部が侵入していることが好ましい。【００２０】
前記各マイクロレンズが形成されるレンズ形成面には、前記位相差検出画素に対応する箇所に凸部が形成され、この凸部の上にマイクロレンズを形成することにより、前記位相差検出画素のマイクロレンズの高さが、前記撮影専用画素のマイクロレンズよりも高くされている構成としてもよい。【００２１】
また、本発明は、光電変換素子の受光面の中心と光軸とが略一致するように配置されたマイクロレンズを有する複数の撮影専用画素と、光電変換素子の受光面の中心に対して光軸を所定の方向にずらして配置された、前記撮影専用画素のマイクロレンズより小さなマイクロレンズを有し、該マイクロレンズの形状が、隣接する前記撮影専用画素との境界部分に向かって裾部が伸びた非球状である複数の位相差検出画素と、を備えた構成でもよい。【００２２】
さらに、本発明は、光電変換素子の受光面の中心に対して光軸を所定の方向にずらして配置されたマイクロレンズを有する複数の位相差検出画素と、光電変換素子の受光面の中心と光軸とが略一致するように配置された、前記位相差検出画素のマイクロレンズより大きなマイクロレンズを有し、前記位相差検出画素の周囲に配列された光電変換素子の半導体基板上における高さが、前記位相差検出画素の光電変換素子の高さより低くされた複数の撮影専用画素と、を備えた構成でもよい。【００２３】
半導体基板の表面には、前記位相差検出画素の周囲に配列された前記撮影専用画素に対応する箇所に凹部が形成され、この凹部の内底面に光電変換素子を形成することにより、前記位相差検出画素の周囲に配列された前記撮影専用画素の光電変換素子の高さが、前記位相差検出画素の光電変換素子の高さより低くされているが好ましい。【００２４】
半導体基板の表面には、前記位相差検出画素に対応する箇所に凸部が形成され、この凸部の上に光電変換素子を形成することにより、前記位相差検出画素の光電変換素子の高さが、前記撮影専用画素の光電変換素子の高さより高くされた構成としてもよい。【００２５】
前記凸部は、前記位相差検出画素のマイクロレンズの方向を向くように形成された傾斜面を有し、この傾斜面に前記位相差検出画素の光電変換素子が形成されていることが好ましい。【００２６】
前記撮影専用画素と前記位相差検出画素とは、マイクロレンズの下にインナーレンズを有しており、前記各インナーレンズは、光電変換素子に焦点が合うように、光電変換素子との距離に応じて形状が変えられていることが好ましい。【００２７】
また、本発明は、光電変換素子の受光面の中心に対して光軸を所定の方向にずらして配置されたマイクロレンズを有する複数の位相差検出画素と、光電変換素子の受光面の中心と光軸とが略一致するように配置された、前記位相差検出画素のマイクロレンズより大きなマイクロレンズを有し、前記位相差検出画素の周囲に配列された光電変換素子が、前記位相差検出画素と反対の方向に受光面が向くように傾けて形成された複数の撮影専用画素と、を備えた構成でもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明では、位相差検出画素の周囲に配列された撮影専用画素のマイクロレンズを、他の撮影専用画素のマイクロレンズよりも小さく形成した。こうすれば、位相差検出画素の周囲の撮影専用画素では、マイクロレンズから光電変換素子に入射する光の光量が低くなる。従って、撮影専用画素のマイクロレンズと位相差検出画素のマイクロレンズとの間に生じる隙間から入射する光の分だけマイクロレンズからの光量が低くなるようにマイクロレンズの大きさを調節することで、各撮影専用画素の光電変換素子に略均一な光量の光を入射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ＣＣＤイメージセンサの構成を概略的に示す説明図である。
【図２】画素群の構成を示す説明図である。
【図３】各画素の構成を概略的に示す部分断面図である。
【図４】位相差検出画素の周囲の撮影専用画素のマイクロレンズを段階的に小さくする例を示す説明図である。
【図５】周囲の撮影専用画素のマイクロレンズを小さくした上で位相差検出画素のマイクロレンズを極力大きくする例を示す説明図である。
【図６】位相差検出画素に隣接する撮影専用画素のマイクロレンズの高さを低くする場合の画素群の構成を示す説明図である。
【図７】位相差検出画素に隣接する撮影専用画素のマイクロレンズの高さを低くする場合の各画素の構成を概略的に示す部分断面図である。
【図８】位相差検出画素の周囲の撮影専用画素のマイクロレンズの高さを段階的に低くする例を示す部分断面図である。
【図９】周囲の撮影専用画素のマイクロレンズを低くした上で位相差検出画素のマイクロレンズを極力大きくする場合の画素群の構成を示す説明図である。
【図１０】周囲の撮影専用画素のマイクロレンズを低くした上で位相差検出画素のマイクロレンズを極力大きくする場合の各画素の構成を概略的に示す部分断面図である。
【図１１】位相差検出画素のマイクロレンズの高さを高くする例を示す部分断面図である。
【図１２】位相差検出画素のマイクロレンズを非球状にする場合の画素群の構成を示す説明図である。
【図１３】位相差検出画素のマイクロレンズを非球状にする場合の各画素の構成を概略的に示す部分断面図である。
【図１４】位相差検出画素に隣接する撮影専用画素のＰＤの高さを低くする例を示す部分断面図である。
【図１５】位相差検出画素に隣接する撮影専用画素のＰＤの高さを低くする場合の製造手順を示す説明図である。
【図１６】位相差検出画素のＰＤの高さを高くする例を示す部分断面図である。
【図１７】位相差検出画素のＰＤの高さを高くする場合の製造手順を示す説明図である。
【図１８】各画素にインナーレンズを設けた例を示す部分断面図である。
【図１９】位相差検出画素に隣接する撮影専用画素のＰＤを傾斜させた例を示す部分断面図である。
【図２０】位相差検出画素に隣接する撮影専用画素のＰＤを傾斜させる場合の製造手順を示す説明図である。
【図２１】位相差検出画素のＰＤを傾斜させた例を示す部分断面図である。
【図２２】位相差検出画素のＰＤを傾斜させる場合の製造手順を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
［第１実施形態］
図１において、ＣＣＤイメージセンサ（固体撮像装置）１０は、複数の画素１１、複数の垂直転送路（ＶＣＣＤ）１２、水平転送路（ＨＣＣＤ）１３、及びフローティングディフュージョンアンプ（ＦＤＡ）１４からなる。画素１１は、垂直方向及び水平方向に所定のピッチで配列され、入射光に応じた電荷を蓄積する。ＶＣＣＤ１２は、各画素１１が蓄積した電荷を垂直方向に転送する。ＨＣＣＤ１３は、各ＶＣＣＤ１２の末端に接続され、各ＶＣＣＤ１２から転送された電荷を水平方向に転送する。ＦＤＡ１４は、ＨＣＣＤ１３によって転送された電荷を電圧信号（撮像信号）に変換して出力する。隣接する画素１１間には、電荷の移動が起こらないように各画素１１を電気的に分離する素子分離領域１５が設けられている。
【００３１】
画素１１は、正方格子を水平方向及び垂直方向に対して４５度回転させた画素配列（いわゆるハニカム配列）となっている。ＶＣＣＤ１２と素子分離領域１５とは、各画素１１の間に沿うように鋸歯状に蛇行している。
【００３２】
ＶＣＣＤ１２は、読み出しゲート１６を介して画素１１と接続されている。画素１１に蓄積された電荷は、この読み出しゲート１６を介してＶＣＣＤ１２に読み出される。ＶＣＣＤ１２は、４相の転送電極（図示せず）により制御され、各画素１１から読み出した電荷をＨＣＣＤ１３に向けて垂直方向に転送する。また、ＶＣＣＤ１２は、画素１１の２列に対して１つずつ設けられており、左右に設けられた画素１１から電荷を読み出すように構成されている。
【００３３】
図２において、ＣＣＤイメージセンサ１０は、上記画素１１として、第１画素１１ａ、第２画素１１ｂ、第３画素１１ｃ、第４画素１１ｄの４種類の画素を有している。これら４種類の各画素１１ａ〜１１ｄは、所定のパターンで配列され、画素群１８を構成している。画素群１８は、１０個の第１画素１１ａと、１個の第２画素１１ｂと、１個の第３画素１１ｃと、４個の第４画素１１ｄとの１６個の画素を、４×４の矩形の枡目状に配列したものである。ＣＣＤイメージセンサ１０は、この画素群１８を連続的に複数並べることによって撮像面を形成している。図１及び図２では、便宜的に１つの画素群１８しか図示していないが、実際には、画素群１８が隣接して複数設けられている。
【００３４】
第１画素１１ａは、入射した光を電荷に変換して蓄積する光電変換素子であるフォトダイオード（ＰＤ）２０ａと、このＰＤ２０ａに光を集光するマイクロレンズ２１ａとを備える。その他の第２〜第４画素１１ｂ、１１ｃ、１１ｄも同様に、それぞれＰＤ２０ｂ、２０ｃ、２０ｄと、マイクロレンズ２１ｂ、２１ｃ、２１ｄとを備える。各ＰＤ２０ａ〜２０ｄは、半導体基板状に略同一の形状、及び同一構成で形成されている。各マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄは、略半球状に形成されている。
【００３５】
第１画素１１ａは、スルー画表示時や撮影実行時の画像形成時に用いられる画素である。第１画素１１ａのマイクロレンズ２１ａは、その光軸とＰＤ２０ａの受光面の中心とが一致し、かつ当該第１画素１１ａの矩形状の領域に対して略最大の直径となるように形成されている。
【００３６】
第２画素１１ｂ及び第３画素１１ｃは、位相差方式のオートフォーカス時に用いられるとともに、画像形成時にも用いられる画素である。第２画素１１ｂ及び第３画素１１ｃは、それぞれ画素群１８に１個ずつ設けられ、互いに隣接して配置されている。第２画素１１ｂのマイクロレンズ２１ｂは、第１画素１１ａのマイクロレンズ２１ａの約半分程度の大きさに形成され、その光軸がＰＤ２０ｂの受光面の中心に対して左側に所定量ずれて配置されている。
【００３７】
第３画素１１ｃのマイクロレンズ２１ｃは、第２画素１１ｂのマイクロレンズ２１ｂと略同一の大きさに形成され、マイクロレンズ２１ｂとは反対の方向（右側）に同じ量ずれて配置されている。
【００３８】
以上の構成により、第２画素１１ｂ及び第３画素１１ｃは、入射する光の角度に選択性を有する。具体的には、第２画素１１ｂでは、マイクロレンズ２１ｂが左側にずれているため、右側から進入する光がＰＤ２０ｂに入射せず、左側から進入する光がＰＤ２０ｂに入射する。反対に、第３画素１１ｃでは、マイクロレンズ２１ｃが右側にずれているため、左側から進入する光がＰＤ２０ｃに入射せず、右側から進入する光がＰＤ２０ｃに入射する。
【００３９】
このＣＣＤイメージセンサ１０をデジタルカメラなどの撮像装置に用いた場合、撮像面内に設けられた第２画素１１ｂの撮像信号によって構成される画像と、第３画素１１ｃの撮像信号によって構成される画像とには、ＣＣＤイメージセンサ１０に被写体像を結像する撮影レンズの合焦状態に応じて左右方向にずれ（位相差）が生じる。このずれが生じた画像のずれ量、及びそのずれの方向を検知することで、撮影レンズのフォーカス調整量を求めることができる。位相差方式のオートフォーカスについては、特許第２９５９１４２号などに詳細に説明されている。
【００４０】
第４画素１１ｄは、第１画素１１ａと同様に画像形成にのみ用いられる画素である。第４画素１１ｄのマイクロレンズ２１ｄは、その光軸とＰＤ２０ｄの受光面の中心とが一致するように配置されている。第４画素１１ｄのマイクロレンズ２１ｄは、その面積（直径に円周率を乗じた値）が第１画素１１ａのマイクロレンズ２１ａよりも約５％小さくなるように、直径が調整されて形成されている。第４画素１１ｄのマイクロレンズ２１ｄの直径は、第１画素１１ａのマイクロレンズ２１ａの直径よりもやや小さく、第２画素１１ｂのマイクロレンズ２１ｂ及び第３画素１１ｃのマイクロレンズ２１ｃの直径よりも大きい。
【００４１】
第４画素１１ｄは、第２画素１１ｂ又は第３画素１１ｃに隣接して配置されている。但し、第４画素１１ｄは、第２画素１１ｂと第３画素１１ｃとのそれぞれが有する４辺のうち、各マイクロレンズ２１ｂ、２１ｃのずれ方向と反対側の辺に隣接して配置されている。具体的には、第２画素１１ｂでは、マイクロレンズ２１ｂが左側にずれて左側の２辺に隣接しているため、右側の２辺に隣接するように第４画素１１ｄが配置されている。一方、第３画素１１ｃでは、マイクロレンズ２１ｃが右側にずれて右側の２辺に隣接しているため、左側の２辺に隣接するように第４画素１１ｄが配置されている。
【００４２】
ＣＣＤイメージセンサ１０を撮像装置に用いて画像を形成する場合には、各画素１１ａ〜１１ｄのすべての撮像信号が用いられる。第２画素１１ｂの撮像信号と、第３画素１１ｃの撮像信号とは、いずれもマイクロレンズ２１ｂ、２１ｃの大きさが小さいことにより、第１画素１１ａや第４画素１１ｄの撮像信号と比べて信号値が小さい。このため、ＣＣＤイメージセンサ１０で画像を形成する場合には、第１画素１１ａや第４画素１１ｄの撮像信号に基づいて、第２画素１１ｂ及び第３画素１１ｃの撮像信号を補正する処理が行われる。
【００４３】
切断線Ｘ１−Ｙ１の断面を表す図３において、ＣＣＤイメージセンサ１０は、ｎ型半導体基板２５上に構成されている。ｎ型半導体基板２５の表面には、ｐウェル層２６が形成されている。このｐウェル層２６の表層には、ＰＤ２０ａ〜２０ｄを構成するｎ型層２７ａ〜２７ｄ、ＶＣＣＤ１２を構成するｎ型層２８、素子分離領域１５を構成するｐ＋層２９、ＰＤ２０ａ〜２０ｄとＶＣＣＤ１２とを分離するｐ＋層３０が形成されている。
【００４４】
ＣＣＤイメージセンサ１０は、周知の蒸着、ドーピング、フォトリソグラフィ、エッチングなどの技術を用いてｎ型半導体基板２５の上に形成される。なお、切断線Ｘ１−Ｙ１は、各マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄの中心を通るように各部を切断している。
【００４５】
ＰＤ２０ａ〜２０ｄは、それぞれｐウェル層２６とｎ型層２７ａ〜２７ｄとのｐｎ接合部で構成される。ＰＤ２０ａ〜２０ｄは、入射した光に応じて電子−正孔対を生成する。生成された電子−正孔対のうち、電子がｎ型層２７ａ〜２７ｄに蓄積される。ｎ型層２７ａ〜２７ｄは、ｐ＋層２９を介して、隣接する画素のｎ型層２７ａ〜２７ｄと離間されている。また、ｎ型層２７ａ〜２７ｄは、ｐ＋層３０を介して、ＶＣＣＤ１２を構成するｎ型層２８と離間されている。これにより、ｎ型層２７ａ〜２７ｄに蓄積された電荷が、意図せず他の領域に移動してしまうことが防止される。
【００４６】
ＶＣＣＤ１２は、ｎ型層２８と、このｎ型層２８の上に設けられた転送電極３１とで構成されている。ＰＤ２０ａ〜２０ｄを構成するｎ型層２７ａ〜２７ｄとＶＣＣＤ１２を構成するｎ型層２８とは、ｐウェル層２６で離間されている。読み出しゲート１６は、ｎ型層２７ａ〜２７ｄとｎ型層２８との間のｐウェル層２６の一部分と、この上に設けられた転送電極３２とで構成されている。各転送電極３１、３２には、例えば、ポリシリコンが用いられる。
【００４７】
ｎ型層２７ａ〜２７ｄに蓄積された電荷は、転送電極３２に電圧を印加し、ｐウェル層２６の電位を変化させることで、ｎ型層２８に転送される。ｎ型層２８に転送された電荷は、転送電極３１へ所定のタイミングで印加される電圧に応じて、断面方向（紙面と直交する方向）に転送される。これにより、ＰＤ２０ａ〜２０ｄで蓄積された電荷が、ＨＣＣＤ１３に向けて転送される。
【００４８】
素子分離領域１５は、ｎ型層２７ａ〜２７ｄに蓄積された電荷に対するポテンシャル障壁を形成し、隣接するＰＤ２０ａ〜２０ｄの間で電荷が移動することを防ぐ。
【００４９】
また、ｐウェル層２６の表面全体を覆うように遮光膜３３が形成されている。遮光膜３３には、各ｎ型層２７ａ〜２７ｄのそれぞれを露呈させる複数の開口３３ａが設けられている。遮光膜３３は、ＰＤ２０ａ〜２０ｄ以外の部分に余計な光が入射することを防止する。そして、遮光膜３３を覆うように平坦化層３４が形成されており、この平坦化層３４の上に、マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄが設けられている。
【００５０】
平坦化層３４は、転送電極３１、３２などによって生じる基板上の凹凸を埋め、マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄを形成するための平面状のレンズ形成面３４ａを構成する。この平坦化層３４には、ＢＰＳＧなどの透光性材料が用いられる。
【００５１】
マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄは、前述のようにＰＤ２０ａ〜２０ｄとの位置、及び大きさが調整されてレンズ形成面３４ａの上に形成される。また、マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄは、略半球状であるため、それぞれの直径に応じてレンズ形成面３４ａからの高さも異なる。
【００５２】
図２及び図３に示すように、第２画素１１ｂと第４画素１１ｄとが隣接する箇所は、マイクロレンズ２１ｂとマイクロレンズ２１ｄとの間の隙間が大きい。同様に、第３画素１１ｃと第４画素１１ｄとが隣接する箇所も、マイクロレンズ２１ｃとマイクロレンズ２１ｄとの間の隙間が大きい。このため、第４画素１１ｄのマイクロレンズ２１ｄを第１画素１１ａのマイクロレンズ２１ａと同じサイズで形成した場合には、上記隙間から入射する光の影響により、第４画素１１ｄは第１画素１１ａよりも受光量が高くなる（具体的には、受光量が約５％高くなる）。
【００５３】
これに対し、本実施形態では、第１画素１１ａのマイクロレンズ２１ａよりも小さく（具体的には、面積が約５％小さく）なるように第４画素１１ｄのマイクロレンズ２１ｄを形成している。これにより、上記隙間から入射する光の分だけマイクロレンズ２１ｄからＰＤ２０ｄに入射する光の光量が相対的に低くなり、撮影専用画素である第１画素１１ａと第４画素１１ｄとのそれぞれのＰＤ２０ａ、２０ｄに、略均一な光量の光が入射される。
【００５４】
以上の構成により、略均一な光量の光がＰＤ２０ａ、２０ｄに入射され、ノイズのない自然な画像が得られるため、補正処理が不要となる。このように、補正処理を行う必要がないので、補正処理の実行にともなう処理時間の増加や、補正処理により新たなノイズの発生を懸念する必要がない。
【００５５】
なお、本実施形態では、第１画素１１ａのマイクロレンズ２１ａよりも面積が約５％小さくなるように第４画素１１ｄのマイクロレンズ２１ｄを形成しているが、マイクロレンズ２１ａに対するマイクロレンズ２１ｄの縮小率は、これに限ることなく、上記隙間から入射する光の光量に応じて適宜決定すればよい。
【００５６】
また、本実施形態では、第１画素１１ａのマイクロレンズ２１ａに対する第４画素１１ｄのマイクロレンズ２１ｄの縮小率を全て同一にしているが、第２画素１１ｂ又は第３画素１１ｃに隣接する方向や、ｎ型半導体基板２５の上に形成された構造物（ＶＣＣＤ１２など）の形状などによって、隙間から入射する光の光量が異なる場合には、その光量に合わせて各マイクロレンズ２１ｄの縮小率を適宜調節すればよい。さらに、本実施形態では、第２画素１１ｂ又は第３画素１１ｃに隣接するように第４画素１１ｄを配置したが、これに限ることなく、受光量の増加が発生する任意の箇所に第４画素１１ｄを配置してもよい。
【００５７】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、上記第１の実施形態と機能・構成上同一のものについては、同符号を付し、詳細な説明を省略する。上記第１の実施形態では、第１画素１１ａ〜第４画素１１ｄの４種類の画素で画素群１８を構成した。これに対して、本実施形態では、図４に示すように、第１画素１１ａ〜第４画素１１ｄに第５画素１１ｅを加えた５種類の画素で画素群５０を構成する。画素群５０は、上記第１の実施形態の画素群１８に含まれる１０個の第１画素１１ａのうち、第４画素１１ｄに隣接する７個の第１画素１１ａを第５画素１１ｅに置き換えたものである。
【００５８】
第５画素１１ｅは、第１画素１１ａ及び第４画素１１ｄとともに撮影実行時の画像形成に用いられる。第５画素１１ｅは、ＰＤ２０ｅとマイクロレンズ２１ｅとを備える。第５画素１１ｅのマイクロレンズ２１ｅは、略半球状に形成され、その光軸とＰＤ２１ｅの受光面の中心とが一致するように配置されている。第５画素１１ｅのマイクロレンズ２１ｅの直径は、第１画素１１ａのマイクロレンズ２１ａの直径よりも小さく、第４画素１１ｄのマイクロレンズ２１ｄの直径よりも大きい。
【００５９】
例えば、第４画素１１ｄのマイクロレンズ２１ｄの直径を、第１画素１１ａのマイクロレンズ２１ａよりも面積が約５％小さくなるように設定する場合、第５画素１１ｅのマイクロレンズ２１ｅの直径は、第１画素１１ａのマイクロレンズ２１ａよりも面積が約２〜３％小さくなるように設定する。
【００６０】
第１の実施形態では、第１画素１１ａを第４画素１１ｄと隣接するように配置しているため、マイクロレンズ２１ａとマイクロレンズ２１ｄとの直径の差異により生じる隙間から入射する光の影響により、第４画素１１ｄに隣接する第１画素１１ａの受光量が高くなることが懸念される。これに対して、本実施形態では、第１画素１１ａと第４画素１１ｄとの間に、第１画素１１ａのマイクロレンズ２１ａよりも小さく、かつ第４画素１１ｄのマイクロレンズ２１ｄよりも大きいマイクロレンズ２１ｅを有する第５画素１１ｅを配置しているため、第４画素１１ｄに隣接する第５画素１１ｅでの受光量の増加が軽減され、さらに第５画素１１ｅに隣接する第１画素１１ａでの受光量の増加も軽減される。
【００６１】
このように、位相差検出画素（第２画素１１ｂ及び第３画素１１ｃ）の周囲の画素のマイクロレンズの直径を、位相差検出画素に近付くに連れて段階的に小さくしているため、均一な光量の光が撮影専用画素のＰＤに入射し、ノイズの少ない画像が得られる。
【００６２】
なお、本実施形態では、第２画素１１ｂ及び第３画素１１ｃの周囲の画素のマイクロレンズの大きさを２段階に変化させているが、３段階以上としてもよい。具体的に何段階とするかは、隙間から入射する光の光量や画素群の構成などに応じて適宜決定すればよい。
【００６３】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図５において、本実施形態の画素群５２は、上記第２の実施形態の画素群５０と同様に、第１画素１１ａ〜第５画素１１ｅの５種類の画素で構成されている。これらのうち、撮影専用画素である第１画素１１ａ、第４画素１１ｄ、第５画素１１ｅは、上記第２の実施形態と同一構成である。
【００６４】
一方、第２画素１１ｂは、第１及び第２の実施形態のマイクロレンズ２１ｂよりも大きな直径のマイクロレンズ５３を有する。マイクロレンズ５３は、隣接する第３画素１１ｃの空き領域、及び隣接する第５画素１１ｅの空き領域に一部が入り込むように形成されている。ここで、空き領域とは、当該画素のレンズ形成面３４ａのうち、マイクロレンズが形成されていない領域のことである。
【００６５】
同様に、第３画素１１ｃは、第１及び第２の実施形態のマイクロレンズ２１ｃよりも大きな直径のマイクロレンズ５４を有する。マイクロレンズ５４は、隣接する第２画素１１ｂの空き領域、及び隣接する第５画素１１ｅの空き領域に一部が入り込むように形成されている。
【００６６】
位相差検出画素である第２画素１１ｂ及び第３画素１１ｃでは、それぞれＰＤ２０ｂ、２０ｃの受光面の中心とマイクロレンズ５３、５４の光軸とをずらす必要があるため、マイクロレンズ５３、５４を撮影専用画素のものと比べて小さくしなければならない。このため、第２画素１１ｂ及び第３画素１１ｃでは、撮影専用画素に比べて受光量が低くなり、位相差方式のオートフォーカスの実行にともなって、これらの各画素の撮像信号からなる画像を形成する際に、画像処理を行ってもノイズが残ったり、偽色が発生したりするという問題が生じる。
【００６７】
これに対し、本実施形態では、第２画素１１ｂ及び第３画素１１ｃのマイクロレンズ５３、５４を、隣接する画素の上記空き領域に一部を入り込ませることにより、直径を極力大きくしている。これにより、第２画素１１ｂ及び第３画素１１ｃの受光量が増加し、ノイズや偽色の発生が抑えられる。
【００６８】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図６において、本実施形態の画素群６０は、上記第１の実施形態の画素群１８と同様に、第１画素６１ａ、第２画素６１ｂ、第３画素６１ｃ、第４画素６１ｄの４種類の画素で構成されている。画素６１ａ〜６１ｄは、それぞれＰＤ６２ａ〜６２ｄと、マイクロレンズ６３ａ〜６３ｄとを備える。これらの画素６１ａ〜６１ｄのうち、第１画素６１ａ〜第３画素６１ｃは、上記第１の実施形態の第１画素１１ａ〜第３画素１１ｃと同一構成である。
【００６９】
一方、第４画素６１ｄは、上記第１の実施形態の第４画素１１ｄと異なり、第１画素６１ａのマイクロレンズ６３ａと略同一形状かつ略同一サイズのマイクロレンズ６３ｄを有する。切断線Ｘ２−Ｙ２の断面を表す図７に示すように、平坦化層６４のレンズ形成面６４ａには、第４画素６１ｄに対応する箇所に凹部６４ｂが形成されている。第４画素６１ｄのマイクロレンズ６３ｄは、この凹部６４ｂの内底面に形成されており、レンズ形成面６４ａ上に形成された第１画素６１ａ〜第３画素６１ｃのマイクロレンズ６３ａ〜６３ｃよりもＰＤ６２ｄからの高さが低い。
【００７０】
第１画素６１ａのマイクロレンズ６３ａは、レンズ形成面６４ａ上の位置において、集光した光をＰＤ６２ａに適切に入射させるといった集光特性を有する。第４画素６１ｄのマイクロレンズ６３ｄは、第１画素６１ａのマイクロレンズ６３ａと同一の集光特性を有するにも係らず、レンズ形成面６４ａよりも低い位置に形成されているため、外周部分で集光した光がＰＤ６２ｄに入射せず（いわゆるケラレが生じ）、ＰＤ６２ｄに入射する光の光量が低下する。
【００７１】
従って、マイクロレンズ６３ｂとマイクロレンズ６３ｄとの間に生じる隙間、もしくはマイクロレンズ６３ｃとマイクロレンズ６３ｄとの間に生じる隙間から入射する光の分だけＰＤ６２ｄに入射する光の光量が低くなるように、凹部６４ｂの深さ、すなわちＰＤ６２ｄからのマイクロレンズ６３ｄの高さを調節することで、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図８において、本実施形態の画素群７０は、上記第２の実施形態の画素群５０と同様に、第１画素７１ａ〜第５画素７１ｅの５種類の画素で構成されている。画素７１ａ〜７１ｅは、それぞれＰＤ７２ａ〜７２ｅと、マイクロレンズ７３ａ〜７３ｅとを備える。これらの各画素７１ａ〜７１ｅのうち、第１画素７１ａ〜第４画素７１ｄは、上記第４の実施形態の第１画素６１ａ〜第４画素６１ｄと同一構成である。第５画素７１ｅは、第１画素７１ａ及び第４画素７１ｄの各マイクロレンズ７３ａ、７３ｄと略同一形状かつ略同一サイズのマイクロレンズ７３ｅを有する。
【００７３】
平坦化層７４のレンズ形成面７４ａには、第４画素７１ｄに対応する箇所に第１凹部７４ｂが形成されているとともに、第５画素７１ｅに対応する箇所に第２凹部７４ｃが形成されている。第２凹部７４ｃは、第１凹部７４ｂよりも浅く形成されている。第４画素７１ｄのマイクロレンズ７３ｄは、第１凹部７４ｂの内底面に形成されている。第５画素７１ｅのマイクロレンズ７３ｅは、第２凹部７４ｃの内底面に形成されている。
【００７４】
上記第４の実施形態では、第４画素６１ｄのマイクロレンズ６３ｄのみを低い位置に形成した。これに対し、本実施形態では、高さの異なる第１凹部７４ｂ及び第２凹部７４ｃを形成することにより、第４画素７１ｄのマイクロレンズ７３ｄと第５画素７１ｅのマイクロレンズ７３ｅを、高さを変えて低くしている。具体的には、位相差検出画素（第２画素７１ｂ及び第３画素７１ｃ）の周囲の画素のマイクロレンズの高さを、位相差検出画素に近付くに連れて段階的に低くしている。これにより、上記第２の実施形態と同様に、均一な光量の光が撮影専用画素のＰＤに入射し、ノイズの少ない画像が得られる。
【００７５】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。図９において、本実施形態の画素群７５は、上記第５の実施形態の画素群７０と同様に、第１画素７１ａ〜第５画素７１ｅの５種類の画素で構成されている。これらのうち、撮影専用画素である第１画素７１ａ、第４画素７１ｄ、第５画素７１ｅは、上記第５の実施形態と同一構成である。
【００７６】
一方、第２画素７１ｂは、上記第５の実施形態のマイクロレンズ７３ｂよりも大きな直径のマイクロレンズ７６を有する。マイクロレンズ７６は、隣接する第３画素７１ｃの空き領域に一部が入り込むとともに、隣接する第５画素７１ｅの領域に一部が入り込み、かつその一部が第５画素７１ｅのマイクロレンズ７３ｅと光軸方向（高さ方向）に重なるように配置されている。
【００７７】
切断線Ｘ３−Ｙ３の断面を表す図１０において、第２凹部７４ｃの内底面に第５画素７１ｅのマイクロレンズ７３ｅを形成している。第５画素７１ｅのマイクロレンズ７３ｅは、第２画素７１ｂのマイクロレンズ７６よりもＰＤ７２ｅからの高さが低いため、マイクロレンズ７６の側方には、マイクロレンズ７３ｅの曲率の分だけ空間が生じる。本実施形態では、この空間にマイクロレンズ７６の一部を入り込ませることによって、マイクロレンズ７６の直径を極力大きくしている。
【００７８】
同様に、第３画素７１ｃは、上記第５の実施形態のマイクロレンズ７３ｃよりも大きな直径のマイクロレンズ７７を有する。マイクロレンズ７７は、隣接する第２画素７１ｂの空き領域に一部が入り込むとともに、隣接する第５画素７１ｅの領域に一部が入り込み、かつその一部が第５画素７１ｅのマイクロレンズ７３ｅと光軸方向（高さ方向）に重なるように配置されている。
【００７９】
このように、マイクロレンズ７６、７７を極力大きくすることにより、上記第３の実施形態と同様に、第２画素７１ｂ及び第３画素７１ｃの受光量が増加し、ノイズや偽色の発生が抑えられる。
【００８０】
［第７実施形態］
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。図１１において、本実施形態の画素群８０は、撮影専用画素である第１画素８１ａと、位相差検出画素である第２画素８１ｂ及び第３画素８１ｃとの３種類の画素で構成されている。画素８１ａ〜８１ｃは、それぞれ上記各実施形態と同様に構成された、ＰＤ８２ａ〜８２ｃと、マイクロレンズ８３ａ〜８３ｃと備える。
【００８１】
平坦化層８４のレンズ形成面８４ａには、第２画素８１ｂ及び第３画素８１ｃに対応する箇所に凸部８５が形成されている。凸部８５は、第２画素８１ｂ及び第３画素８１ｃのそれぞれの矩形状の領域をレンズ形成面８４ａに対して所定量突出させた略四角錐台状に形成されている。凸部８５の外周には、隣接する第１画素８１ａとの境界部分に向かって傾斜した傾斜面８５ａが形成されている。
【００８２】
第２画素８１ｂ及び第３画素８１ｃのマイクロレンズ８３ｂ、８３ｃは、凸部８５の上に形成されており、第１画素８１ａのマイクロレンズ８３ａよりもＰＤ８２ｂ、８２ｃからの高さが高い。
【００８３】
このように、マイクロレンズ８３ｂ、８３ｃの高さ高くすることにより、隣接する第１画素８１ａとの隙間を介して第１画素８１ａのＰＤ８２ａに入射する光の入射角度範囲が狭くなる。これにより、マイクロレンズ８３ａとマイクロレンズ８３ｂとの間の隙間、及びマイクロレンズ８３ａとマイクロレンズ８３ｃとの間の隙間から光が入射し難くなり、隙間から入射する光によって生じる第１画素８１ａの受光量の増加が低減される。また、凸部８５の外周を傾斜面８５ａとすることにより、上記入射角度範囲をより狭くしている。
【００８４】
ところで、位相差検出画素に隣接する撮影専用画素の受光量が増加する要因としては、上述のように、マイクロレンズ間に生じる隙間から入射した光を撮影専用画素のＰＤが受光することの他に、製造に起因する要因も存在する。具体的には、撮影専用画素のマイクロレンズを形成する場合に、位相差検出画素に隣接する撮影専用画素では、マイクロレンズが位相差検出画素のマイクロレンズとの間に生じる隙間の部分に向かって広がるため、他の撮影専用画素のマイクロレンズに比べてサイズが大きくなり、受光量が増加するといった要因がある。
【００８５】
この問題に対して、本本実施形態では、凸部８５の傾斜面８５ａが壁として作用し、撮影専用画素である第１画素８１ａの各マイクロレンズ８３ａを形成する際に、第２画素８１ｂ及び第３画素８１ｃに隣接する第１画素８１ａのマイクロレンズ８３ａが広がって大きくなることが防止され、製造起因の光量増加が防止される。
【００８６】
なお、傾斜面８５ａの傾斜角度は、マイクロレンズ８３ａや凸部８５などの成型性を考慮した任意の角度でよい。また、傾斜面８５ａを、レンズ形成面８４ａに対して略垂直な垂直面としてもよい。
【００８７】
［第８実施形態］
次に、本発明の第８の実施形態について説明する。図１２において、本実施形態の画素群９０は、撮影専用画素である第１画素９１ａと、位相差検出画素である第２画素９１ｂ、第３画素９１ｃとの３種類の画素で構成されている。第１画素９１ａは、上記各実施形態と同様に構成されたＰＤ９２ａとマイクロレンズ９３ａとを備える。第２画素９１ｂ及び第３画素９１ｃは、それぞれＰＤ９２ｂ、９２ｃと、マイクロレンズ９３ｂ、９３ｃとを備える。ＰＤ９２ｂ、９２ｃは、上記各実施形態と同様に構成されている。
【００８８】
図１２、及び切断線Ｘ４−Ｙ４の断面を表す図１３において、第２画素９１ｂのマイクロレンズ９３ｂは、その光軸中心がＰＤ９２ｂの受光面の中心に対して左側に所定量ずれ、かつレンズ形成面３４ａと接する裾部が隣接する第１画素９１ａとの境界部分に向かって伸びた非球状である。同様に、第３画素９１ｃのマイクロレンズ９３ｃは、その光軸中心がＰＤ９２ｃの受光面の中心に対して右側に所定量ずれ、かつレンズ形成面３４ａと接する裾部が隣接する第１画素９１ａとの境界部分に向かって伸びた非球状である。
【００８９】
このように、マイクロレンズ９３ｂ、９３ｃを非球状にすることにより、隣接するマイクロレンズ９３ａとの間に隙間が生じることを防ぐことができる。従って、本実施形態では、上記隙間から入射する光を受光したり、レンズ成型時にマイクロレンズ９３ａが大型化したりして、隣接する第１画素９１ａの受光量が増加することはない。さらには、裾部の分だけマイクロレンズ９３ｂ、９３ｃのサイズが大きくなるので、第２画素９１ｂ及び第３画素９１ｃの受光量が増加する。なお、非球状のマイクロレンズの形成方法として、例えば、特開２００６−０４９７２１号公報に記載された方法を用いることができる。
【００９０】
［第９実施形態］
次に、本発明の第９の実施形態について説明する。図１４に示すように、本実施形態の画素群１００は、第１画素１０１ａ、第２画素１０１ｂ、第３画素１０１ｃ、第４画素１０１ｄの４種類の画素で構成されている。画素１０１ａ〜１０１ｄは、それぞれＰＤ１０２ａ〜１０２ｄと、マイクロレンズ１０３ａ〜１０３ｄとを備える。マイクロレンズ１０３ａ〜１０３ｄは、上記第４の実施形態のマイクロレンズ６３ａ〜６３ｄと同一構成である。
【００９１】
ｐウェル層１０４の表面１０４ａには、第４画素１０１ｄに対応する箇所に凹部１０５が形成されている。この凹部１０５は、図１５に示すように、周知のリソグラフィ技術やエッチング技術などを用いてｐウェル層１０４の表面１０４ａをエッチングすることによって形成される。
【００９２】
ＰＤ１０２ａ〜１０２ｄのうち、ＰＤ１０２ａ〜１０２ｃは、ｐウェル層１０４の表面１０４ａに形成されている。一方、ＰＤ１０２ｄは、凹部１０５の内底面に形成されている。これにより、ＰＤ１０２ｄは、他のＰＤ１０２ａ〜１０２ｃよりもｎ型半導体基板２５上における高さが低くなっている。
【００９３】
凹部１０５には、ＰＤ１０２ｄに対応するＶＣＣＤ１２、及び読み出しゲート１６も形成される。これらの各部は、ｐウェル層１０４に凹部１０５を形成した後、周知のリソグラフィ技術やドーピング技術などを用いて所定の位置にｎ型層２７ａ〜２７ｄ、２８、及びｐ＋層２９、３０、１０６、１０７を形成することによって構成される。ＰＤ１０２ｄに蓄積された電荷の移動を防止するｐ＋層１０６、１０７は、凹部１０５の分だけｐ＋層２９、３０よりも深く形成されている。また、ｐウェル層１０４の表面１０４ａには、上記各実施形態と同様に、転送電極３１、３２を覆うとともに、ｎ型層２７ａ〜２７ｄのそれぞれを露呈させる複数の開口１０８ａを有する遮光膜１０８が形成される。
【００９４】
このように、ＰＤ１０２ｄの高さを他のＰＤ１０２ａ〜１０２ｃよりも低くすることにより、凹部１０５の縁の部分、及びこの縁に近接してｐウェル層１０４の表面１０４ａの上に設けられた転送電極３１、３２や遮光膜１０８などの構造物によって、マイクロレンズ１０３ｂとマイクロレンズ１０３ｄとの間に生じる隙間、又はマイクロレンズ１０３ｃとマイクロレンズ１０３ｄとの間に生じる隙間から入射する光が遮られ、ＰＤ１０２ｄに入射し難くなる。これにより、上記隙間から入射する光によって第４画素１０１ｄの受光量が増加することが防止され、撮影専用画素である第１画素１０１ａと第４画素１０１ｄとのそれぞれのＰＤ１０２ａ、１０２ｄに、略均一な光量の光が入射される。
【００９５】
［第１０実施形態］
次に、本発明の第１０の実施形態について説明する。図１６において、本実施形態の画素群１１０は、第１画素１１１ａ、第２画素１１１ｂ、第３画素１１１ｃの３種類の画素で構成されている。画素１１１ａ〜１１１ｃは、それぞれＰＤ１１２ａ〜１１２ｃと、マイクロレンズ１１３ａ〜１１３ｃとを備える。マイクロレンズ１１３ａ〜１１３ｃは、上記各実施形態と同様に構成されている。
【００９６】
ｐウェル層１１４の表面１１４ａには、第２画素１１１ｂ及び第３画素１１１ｃに対応する箇所に凸部１１５が形成されている。この凸部１１５は、図１７に示すように、周知のリソグラフィ技術やエッチング技術などを用いてｐウェル層１１４の表面１１４ａをエッチングすることによって形成される。
【００９７】
ＰＤ１１２ａ〜１１２ｃのうち、ＰＤ１１２ａは、ｐウェル層１１４の表面１１４ａに形成されている。一方、ＰＤ１１２ｂ、１１２ｃは、凸部１１５の上に形成されている。これにより、ＰＤ１１２ｂ、１１２ｃは、ＰＤ１１２ａよりもｎ型半導体基板２５上における高さが高くなっている。
【００９８】
凸部１１５には、ＰＤ１１２ｂ、１１２ｃに対応するＶＣＣＤ１２、及び読み出しゲート１６も形成される。これらの各部は、ｐウェル層１１４に凸部１１５を形成した後、周知のリソグラフィ技術やドーピング技術などを用いて所定の位置にｎ型層２７ａ〜２７ｃ、２８、及びｐ＋層２９、３０、１１６を形成することによって構成される。ＰＤ１１２ｂ、１１２ｃと、これらに隣接するＰＤ１１２ａとを仕切るｐ＋層１１６は、凸部１１５の分だけｐ＋層３０よりも深く形成されている。また、ｐウェル層１１４の表面１１４ａには、上記各実施形態と同様に、転送電極３１、３２を覆うとともに、ｎ型層２７ａ〜２７ｃのそれぞれを露呈させる複数の開口１１７ａを有する遮光膜１１７が形成される。
【００９９】
このように、ＰＤ１１２ｂ、１１２ｃの高さをＰＤ１１２ａよりも高くすることにより、凸部１１５の角の部分、及びこの角に近接して設けられた転送電極３１、３２や遮光膜１１７などの構造物によって、マイクロレンズ１１３ａとマイクロレンズ１１３ｂとの間に生じる隙間、又はマイクロレンズ１１３ａとマイクロレンズ１１３ｃとの間に生じる隙間から入射する光が遮られ、隣接するＰＤ１１２ａに入射し難くなる。これにより、上記隙間から入射する光によって隣接する第１画素１１１ａの受光量が増加することが防止され、撮影専用画素である第１画素１１１ａの各ＰＤ１１２ａに、略均一な光量の光が入射される。
【０１００】
また、ＰＤ１１２ｂ、１１２ｃを凸部１１５の上に設けることにより、ＰＤ１１２ｂ、１１２ｃがマイクロレンズ１１３ｂ、１１３ｃに近付くため、ケラレの発生が抑えられる。これにより、第２画素１１１ｂ及び第３画素１１１ｃの受光量が増加する。
【０１０１】
なお、図１８に示すように、画素１１１ａ〜１１１ｃのそれぞれにインナーレンズ１１８ａ〜１１８ｃを設けることも好ましい。この場合には、インナーレンズ１１８ａの形状と、インナーレンズ１１８ｂ、１１８ｃの形状とを変えることがさらに好ましい。
【０１０２】
インナーレンズ１１８ａ〜１１８ｃを全て同じ形状で形成すると、各ＰＤ１１２ａ〜１１２ｃの高さの差異により、第１画素１１１ａと、第２画素１１１ｂ及び第３画素１１１ｃとのいずれかで焦点ズレが生じ、当該画素の受光効率が劣化することが考えられる。これに対し、ＰＤ１１２ａ〜１１２ｃの高さに応じて、インナーレンズ１１８ａの形状と、インナーレンズ１１８ｂ、１１８ｃの形状とを変え、各ＰＤ１１２ａ〜１１２ｃに対して各インナーレンズ１１８ａ〜１１８ｃの焦点を適切に合わせる。これにより、焦点ズレにともなう受光効率の劣化が防止される。
【０１０３】
［第１１実施形態］
次に、本発明の第１１の実施形態について説明する。図１９に示すように、本実施形態の画素群１２０は、第１画素１２１ａ、第２画素１２１ｂ、第３画素１２１ｃ、第４画素１２１ｄの４種類の画素で構成されている。画素１２１ａ〜１２１ｄは、それぞれＰＤ１２２ａ〜１２２ｄと、マイクロレンズ１２３ａ〜１２３ｄとを備える。マイクロレンズ１２３ａ〜１２３ｄは、上記第９の実施形態のマイクロレンズ１０３ａ〜１０３ｄと同一構成である。
【０１０４】
図２０に示すように、ｐウェル層１２４の表面１２４ａには、第４画素１２１ｄに対応する箇所に凸部１２５が形成される。凸部１２５は、略台形の断面を有する角柱状に形成され、ｐウェル層１２４の表面１２４ａに対して所定の角度傾斜した傾斜面１２５ａを有する。また、凸部１２５は、隣接する第２画素１２１ｂ又は第３画素１２１ｃと反対の方向に傾斜面１２５ａが向くように形成されている。
【０１０５】
こうした傾斜面１２５ａを有する凸部１２５は、例えば、濃淡を持たせたフォトマスク（グレイスケールマスク）を用いて紫外線の透過量を変化させることにより感光材料に到達する光量を制御するグレイスケールリソグラフィ技術を用いて形成することができる。
【０１０６】
具体的には、グレイスケールリソグラフィによってｐウェル層１２４の上に凸部１２５に応じた形状の感光材料を形成する。この後、ｐウェル層１２４に対して異方性のエッチングを行うことにより、感光材料の形状をｐウェル層１２４に転写させる。これにより、傾斜面１２５ａを有する凸部１２５がｐウェル層１２４の表面１２４ａに形成される。
【０１０７】
ＰＤ１２２ａ〜１２２ｄのうち、ＰＤ１２２ａ〜１２２ｃは、ｐウェル層１２４の表面１２４ａに形成されている。一方、ＰＤ１２２ｄは、凸部１２５の傾斜面１２５ａに形成されている。ＰＤ１２２ｄは、隣接する第２画素１２１ｂ又は第３画素１２１ｃと反対の方向に受光面が向くように傾いている。
【０１０８】
凸部１２５には、ＰＤ１２２ｄに対応するＶＣＣＤ１２、及び読み出しゲート１６も形成される。これらの各部は、ｐウェル層１２４に凸部１２５を形成した後、周知のリソグラフィ技術やドーピング技術などを用いて所定の位置にｎ型層２７ａ〜２７ｄ、２８、及びｐ＋層２９、３０、１２６を形成することによって構成される。ＰＤ１２２ｂとＰＤ１２２ｄ、及びＰＤ１２２ｃとＰＤ１２２ｄを仕切るｐ＋層１２６は、凸部１２５の分だけｐ＋層３０よりも深く形成されている。また、ｐウェル層１２４の表面１２４ａには、上記各実施形態と同様に、転送電極３１、３２を覆うとともに、及び各ｎ型層２７ａ〜２７ｄのそれぞれを露呈させる複数の開口１２７ａを有する遮光膜１２７が形成される。
【０１０９】
このように、ＰＤ１２２ｄの受光面を傾けることにより、マイクロレンズ１２３ｂとマイクロレンズ１２３ｄとの間に生じる隙間、又はマイクロレンズ１２３ｃとマイクロレンズ１２３ｄとの間に生じる隙間から入射する光が、ＰＤ１２２ｄに入射し難くなる。これにより、隙間から入射する光によって第４画素１２１ｄの受光量が増加することが防止され、撮影専用画素である第１画素１２１ａと第４画素１２１ｄとのそれぞれのＰＤ１２２ａ、１２２ｄに、略均一な光量の光が入射される。
【０１１０】
なお、傾斜面１２５ａの傾斜角度は、隙間から入射する光の入射角度に応じて適宜決定すればよい。具体的には、隙間から入射する光のレンズ形成面３４ａに対する角度（レンズ形成面３４ａと平行な場合を０度とする）の最高値よりも、ｐウェル層１２４の表面１２４ａに対する傾斜面１２５ａの角度を大きくする。こうすれば、上記隙間からのＰＤ１２２ｄへの光の入射を確実に防止することができる。
【０１１１】
［第１２実施形態］
次に、本発明の第１２の実施形態について説明する。図２１に示すように、本実施形態の画素群１３０は、第１画素１３１ａ、第２画素１３１ｂ、第３画素１３１ｃの３種類の画素で構成されている。画素１３１ａ〜１３１ｃは、それぞれＰＤ１３２ａ〜１３２ｃと、マイクロレンズ１３３ａ〜１３３ｃとを備える。マイクロレンズ１３３ａ〜１３３ｃは、上記各実施形態と同様に構成されている。
【０１１２】
図２２に示すように、ｐウェル層１３４の表面１３４ａには、第２画素１３１ｂに対応する箇所に凸部１３５が形成され、第３画素１３１ｃに対応する箇所に凸部１３６が形成される。凸部１３５、１３６は、略台形の断面を有する角柱状に形成され、それぞれｐウェル層１３４の表面１３４ａに対して所定の角度傾斜した傾斜面１３５ａ、１３６ａを有する。
【０１１３】
凸部１３５は、対応する第２画素１３１ｂのマイクロレンズ１３３ｂの方向に傾斜面１３５ａが向くように形成されている。同様に、凸部１３６は、対応する第３画素１３１ｃのマイクロレンズ１３３ｃの方向に傾斜面１３６ａが向くように形成されている。凸部１３５、１３６は、上記第１１の実施形態の凸部１２５と同様に、グレイスケールリソグラフィ技術を用いて形成することができる。
【０１１４】
ＰＤ１３２ａは、ｐウェル層１３４の表面１３４ａに形成されている。ＰＤ１３２ｂは、凸部１３５の傾斜面１３５ａに形成されている。ＰＤ１３２ｃは、凸部１３６の傾斜面１３６ａに形成されている。これにより、ＰＤ１３２ｂ、１３２ｃは、当該画素１３１ｂ、１３１ｃのマイクロレンズ１３３ｂ、１３３ｃの方向に受光面が向くように傾いている。
【０１１５】
凸部１３５、１３６には、ＰＤ１３２ｂ、１３２ｃに対応するＶＣＣＤ１２、及び読み出しゲート１６も形成される。これらの各部は、ｐウェル層１３４に各凸部１３５、１３６を形成した後、周知のリソグラフィ技術やドーピング技術などを用いて所定の位置にｎ型層２７ａ〜２７ｄ、２８、及びｐ＋層２９、３０、１３７を形成することによって構成される。ＰＤ１３２ａとＰＤ１３２ｂ、及びＰＤ１３２ｂとＰＤ１３２ｃを仕切るｐ＋層１３７は、各凸部１３５、１３６の分だけｐ＋層３０よりも深く形成されている。また、ｐウェル層１３４の表面１３４ａには、上記各実施形態と同様に、転送電極３１、３２を覆うとともに、各ｎ型層２７ａ〜２７ｄのそれぞれを露呈させる複数の開口１３８ａを有する遮光膜１３８が形成される。
【０１１６】
このように、ＰＤ１３２ｂ、１３２ｃを各凸部１３５、１３６の傾斜面１３５ａ、１３６ａに形成することにより、各凸部１３５、１３６の角の部分、及びこの角に近接して設けられた転送電極３１、３２や遮光膜１３８などの構造物によって、マイクロレンズ１３３ａとマイクロレンズ１３３ｂとの間に生じる隙間、又はマイクロレンズ１３３ａとマイクロレンズ１３３ｃとの間に生じる隙間から入射する光が遮られ、隣接するＰＤ１３２ａに入射し難くなる。これにより、隙間から入射する光によって隣接する第１画素１３１ａの受光量が増加することが防止され、撮影専用画素である第１画素１３１ａの各ＰＤ１３２ａに、略均一な光量の光が入射される。
【０１１７】
また、上記のようにＰＤ１３２ｂ、１３２ｃを傾けて形成することにより、マイクロレンズ１３３ｂ、１３３ｃからの光の受光面の法線に対する入射角度が小さくなり、マイクロレンズ１３３ｂ、１３３ｃが集光した光の受光効率が向上する。これにより、本実施形態では、第２画素１３１ｂ及び第３画素１３１ｃの受光量が増加する。
【０１１８】
上記各実施形態では、４×４の矩形の枡目状に並べられた１６個の画素からなる画素群を例示しているが、画素群に含まれる画素の数、各画素の配列は、上記に限定されるものではなく、画素の数及び配列は適宜変更してよい。また、上記各実施形態では、位相差検出画素である第２画素と第３画素とを隣接させて配置しているが、第２画素と第３画素とは、必ずしも隣接させなくてもよい。
【０１１９】
上記各実施形態では、画素をハニカム配列としたＣＣＤイメージセンサ１０を例示したが、本発明これに限ることなく、例えば、略矩形の画素を正方格子状に配列したＣＣＤイメージセンサに適用することも可能である。さらに、本発明は、ＣＭＯＳイメージセンサなどの他のタイプの固体撮像装置に適用することも可能である。
【０１２０】
また、第２画素及び第３画素のマイクロレンズを非球状に形成した上で、さらに第２画素及び第３画素のＰＤの高さを高くするなど、上記各実施形態を適宜組み合わせて固体撮像装置を構成してもよい。
【符号の説明】
【０１２１】
１０  ＣＣＤイメージセンサ（固体撮像装置）
１１  画素
１１ａ  第１画素（撮影専用画素）
１１ｂ  第２画素（位相差検出画素）
１１ｃ  第３画素（位相差検出画素）
１１ｄ  第４画素（撮影専用画素）
１８  画素群
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ  ＰＤ（光電変換素子）
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ  マイクロレンズ
６４ｂ  凹部
８５  凸部
１０５  凹部
１１５  凸部
１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ  インナーレンズ
１２５  凸部
１２５ａ  傾斜面
１３５、１３６  凸部
１３５ａ、１３６ａ  傾斜面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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